¿Cuál es la definición de pH?

La medición del pH se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones: agricultura, tratamiento de aguas residuales, procesos industriales, monitoreo ambiental y en investigación y desarrollo. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El valor del pH indica la cantidad relativa de iones de hidrógeno (H+) contenidos en una solución. Cuanto mayor sea la concentración de H+, más ácida será la solución y menor será el pH. En esta relación, el pH se define como el logaritmo negativo de la actividad del hidrógeno. Un sistema de medición de pH estándar consta de tres elementos: 1) electrodo de pH BOQU; 2) Elemento de compensación de temperatura BOQU y 3) Medidor o controlador de pH BOQU.

¿Cuál es la definición de pH?

El valor del pH de una solución es el logaritmo negativo de la actividad del ion hidrógeno (α), que es el producto de la concentración del ion hidrógeno [H+] y el coeficiente de actividad del hidrógeno (gH+) a esa concentración.

pH = –log α = –log γH+[H+]

En agua pura y en soluciones diluidas, la actividad de H+ puede considerarse igual a la concentración de H+.

pH = –log γH+[H+] = –log [H+]

El pH de una solución mide el grado de acidez o alcalinidad en relación con la ionización del agua. El agua pura se disocia para producir 10-7 M de [H+] y [OH–] a 25°C; por tanto, el pH del agua es 7, el punto de neutralidad.

pHagua = –log [H+] = –log 10-7 = 7

La mayoría de las lecturas de pH oscilan entre 0 y 14. Las soluciones con un [H+] más alto que el agua (pH inferior a 7) son ácidas; Las soluciones con un [H+] inferior al del agua (pH superior a 7) son básicas o alcalinas.

Definición de pH

La medición del pH implica comparar el potencial de soluciones con [H+] desconocido con un potencial de referencia conocido. Los medidores de pH convierten la relación de voltaje entre una media celda de referencia y una media celda de detección en valores de pH. Hoy en día, la mayoría de los electrodos son electrodos combinados con medias celdas de referencia y de detección en el mismo cuerpo.

Las medias celdas de referencia contienen un conductor (generalmente plata con una capa de cloruro de plata) sumergido en una solución con [H+] conocido. El potencial entre este conductor interno y la solución conocida es constante, proporcionando un potencial de referencia estable. 

Las medias celdas de detección (medias celdas de medición) están hechas de un tubo de vidrio no conductor (o epoxi) sellado a una membrana de vidrio conductor. Al igual que la media celda de referencia, la media celda sensora también contiene un conductor sumergido en una solución electrolítica tamponada, lo que garantiza voltajes constantes en la superficie interna de la membrana de vidrio y el conductor sensor.

Cuando el electrodo de ph se sumerge en la solución a medir, se establece un potencial en la superficie de la membrana de vidrio sensora. Si la solución desconocida  es neutral, la suma de voltajes fijos en la superficie interior de la membrana de vidrio y en el conductor sensor equilibra aproximadamente el voltaje en la superficie exterior de la membrana de vidrio y la media celda de referencia. Esto da como resultado una diferencia de potencial total de 0 mV y un valor de pH de 7.

En soluciones ácidas o alcalinas, el voltaje en la superficie exterior de la membrana cambia proporcionalmente a los cambios en [H+]. El medidor de pH detecta el cambio de potencial y determina [H+] de la incógnita mediante la ecuación de Nernst:

dónde:

E = diferencia de potencial total (medida en mV)

T = temperatura en Kelvin

n = número de electrones

E° = potencial de referencia

F = constante de Faraday

R = constante de los gases

[H+] = concentración de iones de hidrógeno

Compensación de temperatura de pH

El pH de cualquier solución es función de su temperatura.  La salida de voltaje del electrodo cambia linealmente en relación con los cambios de pH, y la temperatura de la solución determina la pendiente del gráfico. Una unidad de pH corresponde a 59,16 mV a 25 °C, el voltaje y la temperatura estándar a los que se refieren todas las calibraciones. El voltaje del electrodo disminuye a 54,20 mV/unidad de pH a 0,0 °C y aumenta a 74,04 mV/unidad de pH a 100,0 °C.

Dado que los valores de pH dependen de la temperatura, las aplicaciones de pH requieren algún tipo de compensación de temperatura para garantizar la estandarización de los valores de pH.  Los medidores y controladores con compensación automática de temperatura (ATC) reciben una señal continua de un elemento de temperatura y corrigen automáticamente el valor de pH en función de la temperatura de la solución.  La compensación manual de temperatura requiere que el usuario ingrese la temperatura. Se considera que el ATC es más práctico para la mayoría de las aplicaciones de pH.